如何設計單片機的智能溫度預警系統？

1.引言

如果環(huán)境溫度超過(guò)或低于限定值，必定對所處環(huán)境的人和設備造成影響，甚至給個(gè)人和社會(huì )造成巨大的損失。隨著(zhù)單片機技術(shù)的飛速發(fā)展，利用單片機設計溫控系統成為控制技術(shù)發(fā)展的需要。本文提出了一種基于單片機的溫度預警系統的設計方案，并采用PROTEUS進(jìn)行了仿真。該系統不僅可以高精度的測量溫度，同時(shí)對溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控并做到超溫報警，有較高的實(shí)用價(jià)值。

2.系統設計的總體方案

本設計方案總體框圖如圖1所示，它是由單片機、四路數據采集模塊、集成功放模塊、人機交互界面和系統電源等組成。

本設計系統以AT89C52單片機作為控制核心，數據采集部分由溫度傳感器DS18B20組成;人機交互界面為4TImes;4矩陣鍵盤(pán)輸入和LCD1602液晶顯示，可以方便的輸入數據和直觀(guān)的顯示。系統電源為+5V電源供電。軟件部分采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程，實(shí)現了該設計的全部控制功能。該溫度預警系統的測量范圍為-55℃~+125℃。當檢測的溫度高于最高或最低溫度設定值時(shí)，實(shí)現報警功能。

3.電路設計

3.1 單片機

AT89S52單片機是ATMEL公司推出的高檔型AT89S系列單片機中的增強型產(chǎn)品。AT89S52是一個(gè)低功耗、高性能CMOS8為單片機，片內含8K Bytes ISP的可反復擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲器。期間采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統及80C51引腳結構。芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S52可為許多嵌入式控制應用系統提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。

3.2 溫度采集電路

由單片機獲取非電信號的溫度信息，必須通過(guò)溫度傳感器。傳統的溫度測量多以熱敏電阻作為溫度傳感器，但是，熱敏電路可靠性較差，測量溫度精度低，因此使用DS18B20溫度傳感器采集溫度。DS18B20是美國達拉斯(Dallas)公司的單數字溫度傳感器芯片，DS18B20具有體積小，功耗低，抗干擾能力強，易于微處理器連接等特點(diǎn)，其測量范圍-55℃~+125℃，最大分辨率為0.0625℃，在-25℃~+85℃范圍內其測溫標準度為±0.5℃。

DS18B20只有三個(gè)引腳，一個(gè)接地，一個(gè)接電源，一個(gè)數字輸入/輸出引腳，由于DS18B20采用單總線(xiàn)結構，本系統的四個(gè)溫度傳感器并聯(lián)在三線(xiàn)上，數據輸入/輸出接單片機的P1.7口，電源與數字輸入輸出腳間需要接一個(gè)4.7K的電阻，實(shí)現多點(diǎn)組網(wǎng)功能。

3.3 報警電路設計

本系統報警電路使用L M 3 8 6作為報警器的功率放大器。LM386是一種音頻集成功放，具有自身功耗低、電壓增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于錄音機和收音機之中。

LM386的輸入端接單片機的P3.4引腳，輸出端接揚聲器，電路圖如圖2所示。當實(shí)際溫度超過(guò)或低于設置的溫度值時(shí)，單片機相應引腳輸出一定頻率的信號，信號經(jīng)過(guò)音頻功放放大之后，發(fā)出報警聲。

3.4 顯示接口電路設計

系統采用液晶顯示模塊來(lái)顯示4路溫度采集值及溫度設定值。本系統采用LCD12864液晶顯示模塊。LCD12864是一種具有4位/ 8位并行、2線(xiàn)或三線(xiàn)串行多接口方式，內部含有國際一級、二級簡(jiǎn)體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，其顯示分辨率為128TImes;64，可以顯示8TImes;4行16TImes;16點(diǎn)陣的漢字。同時(shí)又具有低電壓低功耗等特點(diǎn)。

在本系統，LCD12864的3個(gè)控制端RS(數據/命令選擇端)、R/W(讀/寫(xiě)選擇端)、E(使能信號)分別連接單片機的P 3 。 7、P3.0、P3.3，用來(lái)對LCD12864進(jìn)行控制;LCD12864的8個(gè)數據端連接單片機的P0口，用來(lái)向LCD12864寫(xiě)入數據。液晶的第3引腳為液晶顯示偏壓信號，用來(lái)調節顯示的對比度;第1、2引腳為液晶的電源接口;第19、20引腳是顯示器背光燈的電源接口。

3.5 鍵盤(pán)接口電路設計

鍵盤(pán)在單片機應用系統中能夠實(shí)現向單片機輸入數據、傳送命令等功能，是人干預單片機的主要手段。本系統采用了4×4矩陣鍵盤(pán)實(shí)現對溫度值和功能鍵的設定。四條行線(xiàn)接單片機P2口的高4位，四條列線(xiàn)接單片機P2口的低4位。初始化時(shí)鍵盤(pán)行線(xiàn)為高電平，列線(xiàn)為低電平。鍵盤(pán)的行線(xiàn)接4輸入與門(mén)，4輸入與門(mén)的輸出接單片機的外部中斷0引腳P3.2口。當有鍵按下時(shí)，將產(chǎn)生中斷，在中斷程序里對按鍵進(jìn)行掃描，得到按鍵的鍵值。

3.6 電源電路的設計

電源是整個(gè)系統的能量來(lái)源，它直接關(guān)系到系統能否運行。在本系統中單片機、液晶顯示、報警等電路需要5V的電源，因此電路中選用穩壓芯片7805，其最大輸出電流為1.5A，能夠滿(mǎn)足系統的要求。

4.軟件設計

主程序先對系統資源進(jìn)行初始化，調用LCD顯示子程序，然后進(jìn)入鍵盤(pán)設置界面。

當設置鍵按下后，開(kāi)始設置各點(diǎn)的溫度，如果確認鍵按下，則系統開(kāi)始工作。首先調用DS18B20初始化子程序，再發(fā)送ROM命令，讀取DS18B20轉換的溫度值。當讀取的溫度大于設置的溫度值時(shí)，報警器開(kāi)始報警，LCD顯示溫度的實(shí)際值、設置值、路數、狀態(tài)。

接下來(lái)對第二、三、四路溫度進(jìn)行采集，處理，顯示。

5.系統PROTEUS仿真

Proteus 軟件是來(lái)自用過(guò)LabcenterElectronics公司，基于SPICEF5 仿真引擎的很合電路仿真軟件，是一款含有大量的系統資源、豐富的硬件接口電路，具有強大的調試功能和軟硬件相結合的仿真系統。它很好地解決了硬件設計和軟件調試的問(wèn)題，不僅能夠仿真模擬、數字電路以及模數混合電路，還能夠仿真基于單片機的電子系統。本系統PROTEUS仿真圖如圖3所示。

6.結論

本方案以AT89C52為控制核心，DS18B20采集溫度、LCD12864顯示溫度和LM3386驅動(dòng)報警等設計了一款智能溫度預報警系統，并通過(guò)PROTEUS仿真，得到了很好的效果，證實(shí)了本系統具有結構簡(jiǎn)單、功耗低、智能調節等優(yōu)點(diǎn)。本系統可以應用于糧倉、工廠(chǎng)、浴室等場(chǎng)合，具有很強的實(shí)用價(jià)值。